3D-tulostuksella parempia virtausakkujen elektrodeja08.09.2026
Waterloon yliopiston kemian tekniikan professorin Maxime van der Heijdenin, johtama tutkimusryhmä sai inspiraatiota luonnon rakenteista suunnitellakseen uudelleen redox-virtausakkujen (RFB) keskeisen komponentin. RFB-akut pystyvät varastoimaan sähköä myöhempää käyttöä varten. Uusi rakenne auttaa akkunesteen liikkumista tehokkaammin, jolloin energiaa varastoivat ja vapauttavat kemialliset reaktiot tapahtuvat tehokkaammin. Redox-virtausakut ovat litiumioniakkuja täydentävä teknologia laajamittaisiin energian varastointisovelluksiin. Niiden vesipohjaiset elektrolyytit tekevät niistä turvallisemman vaihtoehdon uusiutuvan energian varastointiin sellaisessa mittakaavassa, jota tarvitaan esimerkiksi yhteisöjen ja sähköverkon jatkuvaan uusiutuvan energian toimittamiseen. ”Sen sijaan, että ne varastoisivat energiaa kiinteisiin aineisiin, ne varastoivat energiaa nestemäisiin elektrolyytteihin, joita pidetään ulkoisissa säiliöissä”, sanoo van der Heijden. ”Varastoidun energian määrää voidaan lisätä yksinkertaisesti käyttämällä suurempia säiliöitä, mikä tekee niistä sopivia laajamittaiseen uusiutuvan energian varastointiin ja verkkosovelluksiin.” Tutkijat käyttivät 3D-tulostusta huokoisten RFB-elektrodien luomiseen, mikä mahdollisti niiden rakenteen ja nesteen virtauksen tarkan hallinnan. ”3D-tulostuksen avulla voimme suunnitella elektrodin sisäisen rakenteen tavoilla, jotka ovat vaikeasti saavutettavissa perinteisellä valmistusmenetelmällä”, van der Heijden sanoi. ”Se antaa meille paljon paremman hallinnan siitä, miten neste liikkuu akun läpi ja saavuttaa pinnat, joilla energian varastointireaktiot tapahtuvat.” Keskeinen innovaatio oli kolminkertaisesti periodisten minimaalipintageometrioiden (TPMS) käyttö. Nämä monimutkaiset, toistuvat kolmiulotteiset muodot voivat muistuttaa luonnossa esiintyviä rakenteita. Tutkijat testasivat useita TPMS-malleja ja havaitsivat, että "timantti"-geometriana tunnettu malli toimi parhaiten, ja se paransi suorituskykyä 52 prosenttia. Sitten he käyttivät digitaalista valoa prosessoivaa 3D-tulostinta huokoisten rakenteiden tuottamiseen, jotka lämpökäsiteltiin johtaviksi hiilielektrodeiksi, jotka kykenevät kuljettamaan sähköä. Tiimi testasi elektrodeja onnistuneesti laboratoriossa tehdyissä virtauskennokokeissa ja toimivassa vanadiini-redox -virtausakussa osoittaen, että 3D-tulostetut mallit voivat toimia käytännön akussa. Aiheesta aiemmin: |
Nanotekniikka on tulevaisuuden lupaus. Näillä sivuilla seurataan elektroniikkaa sekä tieto- ja sähkötekniikkaa sivuavia nanoteknisiä tiedeuutisia.
Tutkijat ovat luoneet 3D-tulostetun elektrodin, joka voisi auttaa helpottamaan ja turvaamaan tuuli- ja aurinkovoimaloiden tuottaman uusiutuvan energian suurten määrien varastointia.